Índices climáticos a partir de datos históricos de viento. Aplicación al estudio del monzón.

Abstract

El monzón de verano es un régimen de viento estacional asociado a un incremento en la precipitación. Este fenómeno condiciona considerablemente la agricultura en Asia, que es el sustento de millones de personas. Por ejemplo, la fecha de siembra y la producción agrícola están asociadas al comienzo del monzón y a su intensidad. Por tanto, es importante conocer las fechas de inicio y fin del monzón, así como su evolución.

El objetivo de esta tesis ha sido caracterizar el monzón del noroeste del Pacífico, WNPSM (Western North Pacific Summer Monsoon), en el pasado; lo que podría mejorar las predicciones de este fenómeno. El WNPSM, que ha sido la componente del monzón asiático menos estudiada, está asociado a vientos del sudoeste en la región 100º-130ºE, 5º-15ºN (D1) y del sudeste en 110º-140ºE, 20º-30ºN (D2). Ésta ha sido la base para generar dos índices del monzón: el WNPDI (Western North Pacific Directional Index) a escala mensual y el MDDI (Monsoon Daily Directional Index) a escala diaria. Para ello, se han utilizado observaciones de dirección de viento de la base de datos ICOADS, que incluye observaciones históricas tomadas a bordo de navíos. Ambos índices miden la frecuencia de días con viento del sudoeste en D1 y del sudeste en D2 desde principios del siglo XX. De esta manera, la historia del WNPSM se amplía alrededor de 50 años con respecto a las series previamente existentes.

El WNPDI ha revelado la existencia de un periodo de monzones muy intensos en la primera mitad del siglo XX (1918-1948). Además, se ha analizado la estabilidad de la relación del monzón con diferentes patrones climáticos como ENSO, El Niño Modoki, el Dipolo del Océano Índico o la Oscilación Decadal del Pacífico a lo largo del periodo 1900-2013. El resultado más significativo se ha encontrado para la teleconexión con ENSO. Así, un WNPSM intenso (débil) ha tendido a ser precedido por condiciones La Niña (El Niño) desde la década de 1960 hasta el presente. Sin embargo, esta relación era inversa en la primera mitad del siglo XX. Aunque actualmente no se conocen las causas de este cambio, se ha encontrado que las condiciones atmosféricas y oceánicas en el Océano Atlántico modulan la teleconexión WNPSM-ENSO. Por otra parte, la relación entre el WNPSM y distintos patrones climáticos ha servido de base para predecir monzones muy intensos a partir de técnicas de minería de datos. Las más útiles desde un punto de vista climático son los árboles de decisión, que permiten acotar el valor de los predictores en la ocurrencia de eventos extremos. Para generar dichos árboles se han considerado los algoritmos C4.5 en solitario y junto con Random Forest (RF), Consolidated Tree Construction (CTC) y Probability Threshold Selector (PTS). Todos muestran como predictores frecuentes de un monzón extremo la historia del propio monzón, El Niño Modoki y ENSO.

Por otro lado, la creación del MDDI ha permitido establecer las fechas de inicio y fin del WNPSM así como de sus periodos de debilitamiento o breaks desde principios del siglo XX. Con respecto a las fechas de inicio y fin del monzón (conocidas como onset y withdrawal, respectivamente), se han encontrado diferencias entre los periodos 1903-1940 y 1949-2014. En este último periodo, la variabilidad interanual tanto del onset como del withdrawal está relacionada con ENSO. Los breaks, que suponen una disminución de la precipitación, suelen tener una duración de entre 20 y 30 días y se concentran en dos intervalos: desde mediados de agosto hasta principios de septiembre y desde finales de junio hasta mediados de julio. Tanto la dominancia de cada intervalo como el pico de frecuencia de días de monzón inactivo experimentan una variación multidecadal. Además, el número de breaks por año, que varía entre uno y cuatro, también se ve afectado por el periodo considerado. Por otra parte, se ha encontrado un cambio en las trayectorias de los ciclones tropicales (TC, por sus siglas en inglés) en días de monzón activo e inactivo, principalmente en los meses de julio y agosto. En este sentido, los TC describen trayectorias más zonales entre el Mar de Filipinas y el Mar del Sur de China en los días de monzón activo. Por el contrario, las trayectorias se recurvan hacia latitudes superiores, alcanzando el sur de Corea y el sudeste de Japón, en los días de monzón inactivo.